CN104977479A - 三相电状况检测装置、方法和电机系统 - Google Patents

Abstract

提供一种三相电状况检测装置、方法和电机系统。检测装置包括脉冲生成电路，其分别根据三相电的第一和第二相间的第一线电压，和第三和第二相间的第二线电压，来生成第一和第二脉冲信号。当第一线电压高于或低于预定电压阈值时，第一脉冲信号处于第一或第二状态，当第二线电压高于或低于预定电压阈值时，第二脉冲信号处于第三状态或第四状态。检测装置还包括检测单元，其根据比值算法检测三相电的状况，比值算法依据下述方面至少之一工作：第一和第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和第一和第二脉冲信号之间的相位差与第一或第二脉冲信号的周期的相对关系。其中，检测装置和方法中还包括适于检测低频三相电的状况的低频检测算法。

Description

三相电状况检测装置、方法和电机系统

技术领域

本公开一般地涉及三相电机保护，尤其涉及一种用于检测三相电的状况的检测装置、检测方法，以及使用该检测装置的电机系统。

背景技术

电机损坏主要是由于电机在非正常三相电状况下运行引起的。非正常三相电状况主要包括：电机绕组本身断开引起的缺相、三相交流电源与电机端子之间连接线路断开引起的缺相，以及交流电源各相线中发生的缺相或反相。要进行电机运行保护，则需要准确并及时地对上述几种情况的发生进行检测。

在具有变频器的电机系统中，变频器可以提供对电机的保护，包括瞬间断电期间的控制、停转保护、频率检测、故障重启、过转矩检测和其它类型的硬件保护。但是，很多情况下，变频器本身的检测和保护功能不足以满足用户对电机系统安全性的需求。需要布置额外的检测模块来检测三相电状况，以加强对电机的保护。

在一种已知方案中，检测模块使用分压感测电路来检测变频器输出的模拟电压。基于所检测到的模拟电压的电压均方根值和频率的测量值来确定三相电的状况。在确定三相电状况不正常，诸如缺相或反相的情况下，输出控制信号，对变频器下游的三相接触器的导通和断开进行控制，以实现对电机的保护。

已知方案的测量准确度以及测量到非正常状况后进行保护动作的方式有待进一步改进。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种用于检测三相电的状况的检测装置。该检测装置包括：脉冲生成电路，被配置为根据三相电的第一相和第二相间的第一线电压生成第一脉冲信号，以及根据三相电的第三相和第二相间的第二线电压生成第二脉冲信号，其中当第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第一脉冲信号分别处于第一状态和第二状态，当第二线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第二脉冲信号分别处于第三状态和第四状态。该检测装置还包括：检测单元，被配置为根据比值算法来检测三相电的状况。比值算法依据下述方面的至少之一工作：第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和第一脉冲信号和第二脉冲信号之间的相位差与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期的相对关系。

根据本公开的一个实施例，脉宽的相对关系可以通过脉宽比来表征。

根据本公开的一个实施例，相位差与周期的相对关系可以通过相周比，即所述相位差与所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号的周期的比值来表征。

或者，根据本公开的一个实施例，脉宽的相对关系可以通过脉宽比来表征，并且相位差与周期的相对关系可以通过相周比，即相位差与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期的比值来表征。

根据本公开的另一个实施例，检测单元可以进一步被配置为：在第一脉冲信号和第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉宽都大于等于脉宽阈值时，根据比值算法来进行检测。

根据本公开的另一个实施例，根据比值算法，当脉宽比小于第一阈值Th1时，检测单元可以确定三相电中的第一相或第三相缺相。

根据本公开的另一个实施例，根据比值算法，当脉宽比大于等于第一阈值Th1，且相周比落入（0，Th2）或（Th3,Th4）中时，检测单元可以确定三相电缺相，其中Th2、Th3和Th4分别是第二、第三和第四阈值，其中，0<Th2<Th3<Th4。

根据本公开的另一个实施例，根据比值算法，当脉宽比大于等于第一阈值Th1，且相周比落入（Th5,Th6）中时，检测单元可以确定三相电存在反相，其中，Th5和Th6是第五阈值和第六阈值，其中，Th2<Th5<Th6<Th3。

根据本公开的另一个实施例，根据比值算法，当脉宽比大于等于第一阈值Th1，且相周比落入其它范围中时，检测单元可以确定三相电的状况为正常。

根据本公开的另一个实施例，检测单元可以被进一步配置为在第一脉冲信号和第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉宽都小于脉宽阈值时，确定三相电关闭。

根据本公开的另一个实施例，检测单元可以被进一步配置为在第一脉冲信号和第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且第一脉冲信号和第二脉冲信号之一小于脉宽阈值而另一个的脉宽大于等于脉宽阈值时，确定三相电的状况为单相电缺相。

根据本公开的另一个方面，提供一种用于检测三相电的状况的检测方法，包括：根据三相电的第一相和第二相间的第一线电压生成第一脉冲信号，以及根据三相电的第三相和第二相间的第二线电压生成第二脉冲信号，其中当第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第一脉冲信号分别处于第一状态和第二状态，当第二线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第二脉冲信号分别处于第三状态和第四状态。该方法还包括根据比值算法来检测三相电的状况。比值算法依据下述方面的至少之一进行工作：第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和第一脉冲信号和第二脉冲信号之间的相位差与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期的相对关系。

根据本公开的另一个方面，提供一种电机系统，包括根据本公开一个方面的检测装置，以及控制装置，其中，控制装置被配置为：响应于指示特定状况的检测结果执行相应的预定操作。其中，检测装置所检测的三相电是从电机系统各级之一处采样的三相电。

在根据本公开的一个实施例中，控制装置还可以包括变频器；并且，变频器被配置为响应于检测结果触发自身的保护机制。

在根据本公开的另一个实施例中，控制装置还可以包括旁路接触器，其在闭合时将变频器旁路。

根据本公开的另一个实施例，检测装置和变频器之间可以通过现场总线或无线通信进行数据共享。

通过使用根据本公开的三相电状况检测装置和方法、以及包括该检测装置的电机系统，可以使用低成本的基于电压的检测方法，在甚至具有变频器的电机系统中准确地检测出三相电的缺相、反相等状况，以对电机提供适当和及时的保护。

附图说明

参照下面结合附图对本公开的实施例的说明，会更加容易地理解本公开的以上和其它目的、特点和优点。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1是例示根据本公开实施例的用于检测三相电的状况的检测装置的结构框图。

图2a是示出根据本公开实施例的脉冲生成电路的示例性电路图。

图2b是例示脉冲生成电路生成的两个脉冲信号以及它们之间的相位关系的波形图。

图3是例示脉宽比和相周比的取值与三相电状况的对应关系的示意图。

图4是例示根据本公开另一个实施例的检测装置的结构框图。

图5是例示根据本公开实施例的用于检测三相电的状况的检测方法的流程图。

图6是例示根据本公开实施例的低频检测算法的状态图。

图7是例示根据本公开实施例的检测单元进行的检测的流程图。

图8是例示根据本公开实施例的电机系统的结构的框图。

图9是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置的电机系统的电路图。

图10是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置的电机系统的电路图。

图11是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置的电机系统的电路图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本公开的实施例。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本公开无关的、本领域技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

本领域的技术人员可以理解，本发明的各方面的处理或功能可以被实施为完全硬件实施方式，或组合软件部分与硬件部分的实施方式。这些处理或功能在本文可以一般地称之为“电路”、“模块”或“系统”。例如，对于两个物理量的比较，可以通过模拟电路来比较，也可以采样为数字值后通过逻辑电路来比较，或者通过处理器执行比较指令的方式来比较。可以根据具体实现中性能、成本等方面的因素来确定各个处理或功能的实施方式。

图1是例示根据本公开实施例的用于检测三相电的状况的检测装置100的结构框图。检测装置100包括脉冲生成电路101和检测单元102。

脉冲生成电路101被配置为根据三相电的第一相和第二相间的第一线电压生成第一脉冲信号，以及根据三相电的第三相和第二相间的第二线电压生成第二脉冲信号，其中当第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第一脉冲信号分别处于第一状态和第二状态，当第二线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，第二脉冲信号分别处于第三状态和第四状态。假设，在本实施例中，检测装置100对电机绕组的三相输入U、V、W处的三相电的状况进行检测，则脉冲生成电路101可以分别根据U相和V相之间以及W相和V相之间的线电压生成两个脉冲信号。上述预定电压阈值可以根据电路的具体设计方案来确定。脉冲信号的不同状态，诸如第一和第二状态以及第三和第四状态，分别表示脉冲信号的高、低电平。

图2a中示出根据本公开一个实施例的脉冲生成电路101的示例性电路图。在该实施例中，使用光电耦合器来实现脉冲生成电路。具体地，当U相和V相之间的线电压为正且其绝对值达到激发光电耦合器发光的发光电压时，光电耦合器发光。光电耦合器的接收侧接收由发光侧发出的光，并将其装换成电信号输出。而当U相和V相之间的线电压为负或虽然为正但其绝对值小于发光电压时，光电耦合器的发光侧不发光。在这种情况下，光电耦合器的输出端输出电压为0V。从而，生成了与U相和V相之间的线电压相对应的脉冲P1。相似地，可以依据W相和V相之间的线电压生成脉冲P2。

在图2a的实施例中，用来与线电压进行比较的预定电压阈值与光电耦合器的发光电压相关。此外，光电耦合器的输入管脚的连接不限于图2a中所示出的方式。例如，可以将两个光电耦合器中至少之一的输入管脚反接。具体地，例如，可以将U相连接到光电耦合器的负极而将V相连接到光电耦合器的正极。这种连接的改变不会影响所生成脉冲信号在本公开的方案中的可用性。

虽然使用光电耦合器带来了输入信号与输出信号隔离等优点，但图2a所示的用光电耦合器来实现脉冲生成电路的方案只是示例性的。根据本公开的脉冲生成电路的实现方式不限于此，只要能够反映线电压与预定电压阈值之间的关系即可。

图2b是例示脉冲信号P1和P2以及它们之间的相位关系的波形图。T1和T2分别表示脉冲信号P1和P2的周期；W_P1和W_P2分别表示脉冲信号P1和P2的脉宽；而PD表示脉冲信号P1和P2之间的相位差。

在一个已知的方法中，可以直接使用所生成的脉冲信号P1和P2的脉宽W_P1和W_P2和相差PD来确定所检测的三相电的状况。例如，如下面的表1所示：

表1

状况	确定依据（三相电频率为50Hz时）
		正常	PD+(WP2-WP1)/2=13.3ms
U相缺相	P1不存在，P2存在
		V相缺相	PD+(WP2-WP1)/2=10ms
W相缺相	P1存在，P2不存在
		反相	PD+(WP2-WP1)/2=6.7ms
缺相且所缺相与另外两相之一短路	PD+(WP2-WP1)/2=0或10ms

然而，当所检测的三相电的频率发生变化时，诸如在对变频器的输出端的三相电进行检测的情况下，各脉冲信号的脉宽以及脉冲之间的相差会发生变化。换句话说，当所检测的三相电的频率发生变化时，表1所例示的直接使用脉宽和相差的方法不再适用。

考虑到以上问题，本公开的目的之一是：提供一种即使在三相电的频率发生变化的情况下进行检测，例如对变频器输出端的三相电进行检测，也可以准确地检测出三相电的正常、缺相、反相等状况的检测装置、检测方法以及使用该检测装置和检测方法的电机系统。

返回图1，根据本公开实施例的检测单元102被配置为根据比值算法来检测三相电的状况。比值算法依据下述方面的至少之一进行工作：第一脉冲信号P1和第二脉冲信号P2的脉宽W_P1和W_P2的相对关系；以及第一脉冲信号P1和第二脉冲信号P2之间的相位差PD与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期T1、T₂的相对关系。理论上，第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期T₁、T₂相等，并等于所检测三相电的周期T。无论所检测的三相电的频率如何变化，脉宽W_P1和W_P2的相对关系以及相位差PD与周期T₁或T₂的相对关系保持不变，因而，可以用来对频率变化的三相电的状况进行检测。

在一个实施例中，例如，脉宽的相对关系可以通过脉宽比来表征。脉宽比可以是W_P1/W_P2或者W_P2/W_P1。相位差与周期的相对关系可以通过相周比，即相位差PD与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期（为了方便，这里用T表示）的比值PD/T来表征。由于脉宽比和相周比不受所检测三相电频率变化的影响，因而可以适用于在变频情况下对所检测三相电的状况的确定。

图3是例示脉宽比和相周比的取值与三相电状况的对应关系的示意图。检测单元102所使用的比值算法基于例如这种对应关系。在图3中，横轴表示脉宽比，例如W_P1/W_P2或者W_P2/W_P1；纵轴表示相周比，即PD/T。根据比值算法，例如如图3中所示，当脉冲生成电路生成的脉冲P1和P2的脉宽比小于第一阈值Th1时，检测单元102可以确定三相电的状况处于单相缺相状况。具体来说，当脉冲P1基于U相和V相之间的线电压生成，且脉冲P2基于W相和V相之间的线电压生成，而脉冲P1和P2的脉宽比小于第一阈值Th1时，根据比值算法，检测单元102可以确定三相电中的U相或者W相缺相。

在脉宽比大于等于第一阈值Th1时，根据比值算法，可以依据脉冲P1和P2的相周比所落入的区间来确定三相电的状况。相周比从0值到其最大值被第二阈值Th2、第五阈值Th5、第六阈值Th6、第三阈值Th3和第四阈值Th4（以从小到大的顺序列出）划分了若干区间。不同的区间对应于不同的三相电状况。具体地，如图3所示，当相周比落入（0，Th2）或（Th3，Th4）中时，根据比值算法，检测单元可以确定三相电缺相。更具体地说，当脉冲P1基于U相和V相之间的线电压生成，且脉冲P2基于W相和V相之间的线电压生成，而相周比落入（0，Th2）或（Th3，Th4）中时，检测单元102可以根据比值算法确定三相电缺相或者缺相并且所缺相与另外两相之一短路。另外，当脉宽比大于等于第一阈值Th1，且相周比落入（Th5，Th6）中时，检测单元102可以根据比值算法确定三相电存在反相。而当脉宽比大于等于第一阈值Th1，且相周比落入上述各范围之外，具体地，落入（Th2，Th5）或（Th6，Th3）或（Th4，最大值）时，检测单元102可以根据比值算法确定三相电处于正常状况。

一般地说，阈值Th2至Th6的取值可以通过三相电的相对关系来确定。例如，在某具体电路连接中，三相电正常工作时所获得的脉冲P1和P2的相差的理论值之一是240°。则可以以240°所对应的时间值与脉冲周期的比值为中心值，以根据实际脉冲波形上升沿、实际电路参数和负载状况等确定的误差为宽度，确定与三相电正常工作状况相对应的相周比范围，进而将该范围的边界值确定为对应的阈值。其它阈值的确定以此类推。阈值Th1可以通过改变了测试条件的多次测试来确定。改变测试条件例如是：连接不同的变频器、连接或不连接电机、改变变频器的工作频率点、仿真不同类型的故障等。

检测单元102可以例如用MCU来实现。具体地，由MCU来完成对脉冲新号P1和P2的频率、周期、脉宽、相差等参数的测量。然后，由MCU通过写入其中的比值算法来对三相电状况进行确定。然而，根据本公开实施例的检测单元102不限于此。还可以通过搭建诸如计数电路、比较电路等数字电路来完成上面所描述的各种测量和比值算法。

顺便提及，考虑到脉冲生成电路101所生成的脉冲信号可能是不理想的。例如，带有毛刺。从而影响检测单元102的检测准确度，甚至影响检测单元102的使用寿命。在一些实施例中，可以在脉冲生成电路101和检测单元102之间设置滤波电路，以对所生成的脉冲信号进行滤波。除此以外，根据需要，检测装置100还可以包括通知单元，用于输出与检测结果相对应的信号。图4是例示根据本公开另一个实施例的检测装置400的结构框图。除脉冲生成电路101和检测单元102之外，检测装置400还可以包括滤波电路403和通知单元404。

图5是例示根据本公开实施例的用于检测三相电的状况的检测方法的流程图。在S501中，根据三相电的第一相和第二相间的第一线电压（诸如U相和V相之间的线电压）生成第一脉冲信号P1，以及根据三相电的第三相和第二相间的第二线电压（诸如W相和V相之间的线电压）生成第二脉冲信号P2。其中，当第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值（诸如光电耦合器的发光电压）时，第一脉冲信号P1分别处于第一状态和第二状态（不同的状态分别表示脉冲信号的高低电平），当第二线电压分别为高于或低于该预定电压阈值时，第二脉冲信号P2分别处于第三状态和第四状态。

在S502中，根据比值算法来检测三相电的状况。比值算法依据下述方面的至少之一工作：第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和第一脉冲信号和第二脉冲信号之间的相位差与第一脉冲信号或第二脉冲信号的周期的相对关系。上文中已经对比值算法进行了详细地描述，这里不再重复进行描述。

当前市场上的大多数变频器都采用电机的标量控制方法，例如电压频率（V/F）恒定的控制方法。对于这些变频器，在其持续较长时间的升频和降频过程中，其输出电压也随着频率的减小而成比例的减小。电压的减小在升频过程的初期和降频过程的后期尤为明显。在使用根据本公开实施例的检测装置来检测变频电机系统中变频器输出端三相电状况的情况下，上述电压减小可能会使得检测结果不准确。例如，当检测装置的脉冲生成电路使用光电耦合器来实现时，随着变频器输出电压的减小，各相之间的线电压也随之变小，甚至小于激发光电耦合器发光所需要的发光电压。在这种情况下，无法准确检测出三相电的状况。

为了解决上述问题，可以对根据本公开的检测装置做进一步地改进。例如，增加用于检测低频三相电的低频检测机制。

图6是例示根据本公开实施例的低频检测算法的状态图。由于脉冲信号P1和P2的频率能够反映出所检测的三相电的频率，更具体地，脉冲信号P1和P2的频率等于所检测的三相电的频率，所以可以通过确定脉冲信号P1和P2的频率范围来确定是否应用低频检测算法。在脉冲信号P1和P2的频率小于频率阈值时，确定所检测的三相电处于低频，可以使用低频检测算法对其进行检测。

频率阈值可以通过进行实验来确定。例如，使用高频算法，即比值算法，对已搭建好的电机系统进行三相电状况检测。当由于频率较低而发生误检测时，记录发生误检测的频率值。则可以例如通过将所记录的频率值加上一定余量来确定频率阈值。例如，当通过实验性检测，发现当频率值低于10Hz时发生误检测的概率显著增加，则可以使用10Hz加上一定余量来计算频率阈值。当余量为15Hz时，频率阈值是25Hz。

在另外一些包括变频器的系统中，变频器输出端的三相电的频率低于某一接近于0的下限频率时，变频器的输出电压变得太低。在这种情况下，当变频器的输出的频率低于该下限频率时，可以认为变频器关闭。因而，只对频率小于频率阈值而大于下限频率的三相电使用低频检测算法来进行检测。下限频率根据电机系统的不同而不同，例如可以是2Hz。

如图6所示，在低频检测算法中，将脉冲信号的脉宽WP1和WP2与预定的脉宽阈值进行比较。脉宽阈值可以根据设计需要来确定。

例如，在一个实施例中，可以将2Hz至25Hz范围内的频率视为低频。即，在该实施例中，脉冲信号的最小频率为2Hz，则脉冲信号的最大周期长度为500ms。根据分析可知，在三相电频率发生变化的情况下，正常状况的三相电所生成的脉冲信号的高电平与最大周期长度的比值在（1/3，1/2）之间变化。因而，可以通过选取小于1/3的、代表异常状况的比率来计算脉宽阈值。例如，在图6所示的实施例中，脉宽阈值取值为125ms（500ms*1/4）。

如图6所示，当脉冲信号的脉宽小于预定脉宽阈值时，认为该脉冲信号无效。当脉冲信号的脉宽大于等于预定脉宽阈值时，认为该脉冲信号有效。

如图6所示，当两个脉冲信号都无效时，三相电的状况指向“正常关闭”（箭头“1”）。例如，在对变频器的输出端的三相电进行检测的情况下，当两个脉冲信号都无效时，确定变频器没有启动。

具体地，在一个实施例中，检测单元可以被配置为在两个脉冲信号的频率都小于预定频率阈值，并且两个脉冲信号的脉宽都小于脉宽阈值时，确定三相电关闭。

如图6所示，当两个脉冲信号之一无效，而另一个有效时，三相电的状况指向“缺相”（箭头“2”和3）。具体地，例如，检测单元可以被配置为在两个脉冲信号的频率都小于频率阈值，并且两个脉冲信号之一的脉宽小于脉冲阈值而另一个的脉宽大于等于脉宽阈值时，确定三相电的状况为单相电缺相。

当两个脉冲信号都有效时，三相电的状况需要进一步用比值算法来确定（箭头“4”）。具体来说，例如，检测单元进一步被配置为在两个脉冲信号的频率都小于频率阈值，且两个脉冲信号的脉宽都大于等于脉宽阈值时，进一步根据上面描述的比值算法来进行检测。

当得到三相电的状况检测结果之后，如果检测出三相电处于正常状况，则电机系统继续正常工作；如果检测出三相电处于缺相、反相等不正常状况，则系统进入报警、断开接触器、关闭变频器等电机保护状态。

在描述了比值算法和优选用于低频三相电的低频检测算法之后，下面结合图7来描述根据本公开的检测单元102进行检测处理的优选实施例。

图7是例示根据本公开实施例的检测单元102所进行的检测的流程图。在步骤S701中，检测单元102获得由脉冲生成电路101所生成的脉冲信号P1和P2的周期、频率、相差和脉宽，以备后续处理使用。

在步骤S702中，检测单元102确定正在检测的三相电是否属于低频。例如，检测单元102将脉冲信号P1和P2的频率与频率阈值进行比较，当确定两个脉冲信号的频率都小于频率阈值时，步骤S702中确定正在检测的三相电属于低频（步骤S702中为“是”）。此时，进行到步骤S703。而当检测单元102经过比较确定两个脉冲信号的频率不是都小于频率阈值时，确定正在检测的三相电不属于低频（步骤S702中为“否”），进行到步骤S704。

此外，可选择地，在步骤S702中，除了将两个脉冲信号的频率是否都小于频率阈值作为确定三相电是否属于低频的条件之外，也可以同时考虑频率下限，该频率下限接近于0Hz，例如是2Hz。当两个脉冲信号的频率都低于频率下限时，步骤S702中确定正在检测的三相电不属于低频（步骤S702中为“否”）。步骤进行到步骤S704。换句话说，在考虑频率下限的实施例中，只有两个脉冲P1和P2的频率都小于频率阈值，且至少之一不低于频率下限，才将三相电确定为属于低频。

在步骤S703中，使用结合图6描述的低频检测算法执行低频检测处理。这里省略重复描述。

在步骤S704中，可以通过确定两个脉冲信号之一的频率是否大于频率阈值，来确定所检测的三相电是否是高频三相电。

例如，当两个脉冲信号之一的频率大于频率阈值（例如25Hz）时，认为所检测的三相电是高频三相电。这时，步骤S704中为“是”，进行到步骤S705。在步骤S705中，根据上面描述的比值算法执行高频检测处理。

当在步骤S703或步骤S705中完成对三相电的状况的检测后，进行到步骤S706。系统在检测结果为正常的情况下正常运行，而在检测结果为缺相、反相等故障状况时，进入电机保护状态。电机保护状态例如是：系统通过声音或灯光闪烁报警、切断三相接触器或者关闭变频器等。

当在步骤S704中确定为“否”时，这意味着确定既不适用针对高频的检测算法，也不适用针对低频的检测算法，于是不对三相电进行检测，步骤直接进行到步骤S706。例如，当脉冲频率接近于0（例如小于2Hz）时，认为三相电处于正常关断状态（例如，当对变频器的输出进行检测时，认为变频器关闭），则步骤进行到步骤S706，保持系统状态，不采取任何保护措施。或者，例如，当两个脉冲信号之一的频率大于预定的频率上限（例如80Hz）时，也不对三相电进行检测，而是沿用上一次的检测结果，以在步骤S706中保持系统的正常运行或者继续采取保护措施。

可选地，在假定频率处于期待的低频或高频范围的情况下，也可以省略步骤S702和S704的判断而直接进行步骤S703或S705的相应检测及后续处理。

根据本公开实施例的检测装置可以用于各种电机系统，用于检测该电机系统至少各级之一处的三相电，以对电机提供及时的保护。图8是例示根据本公开实施例的电机系统800的结构的框图。在图8中，为了突出要描述的内容，省略了电机系统中诸如电机等其它装置。电机系统800除了包括根据本公开的检测装置801之外，还包括控制装置802。控制装置802可以被配置为响应于指示特定状况的检测结果执行相应的预定操作。该检测结果可以是从检测装置801输出的指示所检测的状况的信号。检测装置801所检测的三相电是从电机系统800各级之一处采样的三相电。

下面结合图9至图11来描述使用根据本公开实施例的检测装置的电机系统。请注意：为了简化附图，图9至图11中省略绘制对检测装置的供电。图9是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置901的电机系统900的电路图。在电机系统900中，三相电源分别通过相线L1、L2、L3对电机的三相输入端U、V、W进行供电。在三相电源和电机之间设置有用于控制三相电通断的三相接触器。在本实施例中，三相接触器是控制装置的具体实现的例子。检测装置901对电机的输入端的三相电进行检测，并向三相接触器通知指示特定状况的检测结果。响应于指示特定状况的检测结果，三相接触器保持闭合或断开。

根据本公开实施例的检测装置也可以用于具有变频器的电机系统。图10是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置1001的电机系统1000的电路图。电机系统1000包括变频器1002。虽然在图10的实施例中，检测装置1001对电机输入端处（亦即变频器输出端处）的三相电进行检测，但本公开不限于此，也可以对电机系统任一级处的三相电进行检测。例如，检测装置1001可以对三相电源与设置在其和变频器1002之间的三相接触器之间的三相电进行检测。当在变频器1002的输出端与电机输入端之间布置有三相接触器（图中未示出）时，例如，也可以对该三相接触器上游或下游的三相电状况进行检测。

与图9所示的实施例相比，在图10所示实施例中，检测装置1001没有直接将检测结果提供给三相接触器。代替地，检测装置1001将检测结果提供给变频器。由变频器响应于接收到的指示特定状况的检测结果触发自身的保护机制，进行电机保护。可见，在本实施例中，变频器被实施为控制装置的实例。可选择地，检测装置1001也可以被配置为将指示不同状况的检测结果选择性地提供给变频器1002或三相接触器。

变频器自身的保护机制可以包括：停止自身的三相电输出、切断三相触发器、触发诸如蜂鸣或灯光闪烁的报警装置等。

使检测装置1001将检测结果提供给变频器，并使变频器响应于指示特定状况的检测结果触发自身保护机制的方案充分利用了变频器的现有功能。此外，与直接由检测装置切断三相接触器相比，不会强制将变频器断电，节省了变频器断电后重新启动的时间。

然而，在一些电机系统中，即使三相电出现了异常状况，也需要电机保持运行。或者，在一些情况下，当三相电出现异常时，可以诊断出是变频器故障或者当前线路上的某位置断路所导致的。在类似这些情况下，可以设置旁路接触器，以将电源三相电和电极输入端直接连接，维持电机的运行。

图11是示意性示出使用根据本公开实施例的检测装置1101的电机系统1100的电路图。电机系统1100除了包括检测装置1101和变频器1102之外，还包括旁路接触器1103。旁路接触器1103在闭合时可以将变频器1102，或者，可选择地，可以同时将布置在变频器1102上、下游的三相接触器旁路。因此，旁路接触器的1103的布置使得当变频器发生故障或者当前工作线路上的某位置发生断路等故障时，能够通过旁路变频器或故障线路来保持电机的运行。在图11所示的实施例中，检测装置1101可以将检测结果提供给变频器1102、旁路接触器1103或布置在变频器1102上、下游的三相接触器等，从而根据检测结果执行相应的预定操作。

这里，当检测装置1101将检测结果提供给变频器1102时，变频器1102可以响应于接收到的指示特定状况的检测结果触发自身的保护机制，进行电机保护。这已经结合图10进行了描述，这里不再赘述。

与图10所示实施例相似，检测装置1101可以对电机系统任一级处的三相电进行检测。例如，检测装置1101可以对电机输入端处（或变频器输出端处）的三相电进行检测，或对三相电源处的三相电进行检测，等。

此外，检测装置和变频器之间还可以通过现场总线（诸如485总线）或无线通信数据进行数据共享。所共享的数据例如包括：三相电的频率、周期、所检测到的状况，或者检测装置所生成的脉冲的频率、周期、相差、脉宽比等数据，等。

在前面的说明书中参照特定实施例描述了本公开。然而本领域的普通技术人员能够理解：在不偏离如权利要求书限定的本公开的范围的前提下可以进行各种修改和变型。

Claims (26)

1.一种三相电状况检测装置，包括：

脉冲生成电路，被配置为根据所述三相电的第一相和第二相间的第一线电压生成第一脉冲信号，以及根据所述三相电的第三相和第二相间的第二线电压生成第二脉冲信号，其中当所述第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，所述第一脉冲信号分别处于第一状态和第二状态，当所述第二线电压分别为高于或低于所述预定电压阈值时，所述第二脉冲信号分别处于第三状态和第四状态；以及

检测单元，被配置为根据比值算法来检测所述三相电的状况，所述比值算法依据下述方面的至少之一工作：

所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和

所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号之间的相位差与所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号的周期的相对关系。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述脉宽的相对关系通过脉宽比来表征。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述相位差与所述周期的相对关系通过相周比，即所述相位差与所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号的周期的比值来表征。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其中，所述脉宽的相对关系通过脉宽比来表征。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，所述检测单元进一步被配置为：在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽都大于等于脉宽阈值时，根据所述比值算法来进行所述检测。

6.根据权利要求4或5所述的检测装置，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比小于第一阈值Th1时，所述检测单元确定所述三相电中的第一相或第三相缺相。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的检测装置，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入（0，Th2）或（Th3,Th4）中时，所述检测单元确定所述三相电缺相，其中Th2、Th3和Th4分别是第二、第三和第四阈值，其中，0<Th2<Th3<Th4。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的检测装置，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入（Th5,Th6）中时，所述检测单元确定所述三相电存在反相，其中，Th5和Th6是第五阈值和第六阈值，其中，Th2<Th5<Th6<Th3。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的检测装置，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入其它范围中时，所述检测单元确定所述三相电的状况为正常。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的检测装置，其中，所述检测单元进一步被配置为在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽都小于脉宽阈值时，确定所述三相电关闭。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的检测装置，其中，所述检测单元被进一步配置为在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号之一的脉宽小于脉宽阈值而另一个的脉宽大于等于脉宽阈值时，确定所述三相电的状况为单相电缺相。

12.一种用于检测三相电的状况的检测方法，包括：

根据所述三相电的第一相和第二相间的第一线电压生成第一脉冲信号，以及根据所述三相电的第三相和第二相间的第二线电压生成第二脉冲信号，其中当所述第一线电压分别为高于或低于预定电压阈值时，所述第一脉冲信号分别处于第一状态和第二状态，当所述第二线电压分别为高于或低于所述预定电压阈值时，所述第二脉冲信号分别处于第三状态和第四状态；以及

根据比值算法来检测所述三相电的状况，所述比值算法依据下述方面的至少之一工作：

所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽的相对关系，和

所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号之间的相位差与所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号的周期的相对关系。

13.根据权利要求12所述的检测方法，其中，所述脉宽的相对关系通过脉宽比来表征。

14.根据权利要求12所述的检测方法，其中，所述相位差和所述周期的相对关系通过相周比，即所述相位差与所述第一脉冲信号或所述第二脉冲信号的周期的比值来表征。

15.根据权利要求14所述的检测方法，其中，所述脉宽的相对关系通过脉宽比来表征。

16.根据权利要求15所述的检测方法，其中，在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽都大于等于脉宽阈值时，根据所述比值算法来进行所述检测。

17.根据权利要求15或16所述的检测方法，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比小于第一阈值Th1时，确定所述三相电中的第一相或第三相缺相。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的检测方法，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入（0，Th2）或（Th3,Th4）中时，确定所述三相电缺相，其中Th2、Th3和Th4分别是第二、第三和第四阈值，其中，0<Th2<Th3<Th4。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的检测方法，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入（Th5,Th6）中时，确定所述三相电存在反相，其中，Th5和Th6是第五阈值和第六阈值，其中，Th2<Th5<Th6<Th3。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的检测方法，其中，根据所述比值算法，当所述脉宽比大于等于第一阈值Th1，且所述相周比落入其它范围中时，确定所述三相电的状况为正常。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的检测方法，还包括：在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的脉宽都小于脉宽阈值时，确定所述三相电关闭。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的检测方法，还包括：在所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号的频率小于频率阈值，并且所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号之一的脉宽小于脉宽阈值而另一个的脉宽大于等于脉宽阈值时，确定所述三相电的状况为单相电缺相。

23.一种电机系统，包括根据权利要求1至11所述的检测装置，和控制装置，其中，所述控制装置被配置为：响应于指示特定状况的检测结果执行相应的预定操作，

其中，所述检测装置所检测的所述三相电是从所述电机系统各级之一处采样的三相电。

24.根据权利要求23所述的电机系统，其中，

所述控制装置还包括变频器；并且，

所述变频器被配置为响应于所述检测结果触发自身的保护机制。

25.根据权利要求24所述的电机系统，其中所述控制装置还包括旁路接触器，其在闭合时将所述变频器旁路。

26.根据权利要求24或25所述的电机系统，其中，所述检测装置和所述变频器之间能够通过现场总线或无线通信进行数据共享。